مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

2.2.1. محرک
به دنبال روش های قبلی ما، 45 شیء خانگی رایج انتخاب شدند (15 محرک در هر نسخه) و 15 اتاق با استفاده از یک برنامه طراحی کامپیوتری ایجاد شدند (www.Plan3d.com) که برای ایجاد سه نسخه OLTT مورد استفاده قرار گرفتند. در هر اتاق، سه موقعیت انتخاب شدند و اشیاء به طور شبه تصادفی به هر آیتم اختصاص یافتند. این جفت های OL برای اطمینان از این که هیچ رابطه ذاتی (یا ضمنی) وجود ندارد، و برای اطمینان از این که هر شی می تواند حداقل در دو نوع اتاق یافت شود، مورد بررسی قرار گرفتند (مثال شکل 1).

2.2.2. مرحله کالیبراسیون
شرکت کنندگان با لمس مجموعه ای از نقاط که در عرض و ارتفاع صفحه مشاهده شدند، کار خود را آغاز کردند، که با استفاده از صفحه لمسی فرصتی برای تمرین ایجاد می کند و تضمین می کند که آن ها موقعیت هدف را به درستی پردازش و لمس می کنند (به عنوان مثال، از بین بردن اختلال حرکتی). متغیر وابسته مورد نظر فاصله (بر حسب سانتی متر) بین نقطه لمس شده و مرکز نقطه هدف بود.

2.2.3. مرحله رمز گذاری
هر یک از 15 وابستگی OL به طور کلی برای 17 ثانیه نشان داده شدند ؛ شیء ابتدا به تنهایی به مدت 2 ثانیه نشان داده شد (شرکت کنندگان باید برای اطمینان از شناسایی دقیق شیء، آن را نام گذاری می کردند)، و بلافاصله پس از آن شیء به مدت 15 ثانیه در موقعیت خود نشان داده شد. ما به شرکت کنندگان اجازه دادیم تا بر روی یک برگه کاغذ یادداشت برداری کنند، اما در پایان این مرحله حذف شد. پس از این مرحله یک تغییر 15 دقیقه ای وجود داشت و با پرسشنامه ها پر شد (جدول 1).

2.2.4. مرحله آزمون حافظه (پس از 15 دقیقه تاخیر)
حافظه برای سه محرک تحت سه شرایط منحصر به فرد ارزیابی شد که به ترتیب اتفاق افتادند. یادآوری آزاد: ابتدا شرکت کنندگان یک شیء هدف را دیدند (2 ثانیه)، که در مرکز صفحه نشان داده شد، به دنبال آن یک صفحه خالی نشان داده شد و به شرکت کنندگان آموزش داده شد تا موقعیت یادآوری شده شیء را لمس کنند، همان طور که در اتاقی بود که در طول رمز گذاری مشاهده شد. این شرایط به منظور ارزیابی جنبه های فضایی حافظه ها طراحی شدند. یادآوری نشانه دار: شرکت کنندگان شیء (2 ثانیه) و سپس اتاق مربوط به آن را دیدند (بدون وجود شیء) و به آن ها آموزش داده شد تا موقعیت یادآوری شده شیء را لمس کنند. این شرایط به منظور ارزیابی جنبه های ارتباطی حافظه ها طراحی شدند (شیء در موقعیت محدود). متغیر وابسته اولیه برای هر دو شرایط فاصله (بر حسب سانتی متر) بین موقعیت انتخاب شده و موقعیت هدف بود (امتیازات پایین تر نشان دهنده عملکرد دقیق تر بودند). این رویکرد تعیین میزان شدت نقض حافظه در هر آزمایش را امکان پذیر می سازد که بر خلاف ارزیابی دوبخشی سنتی حافظه به عنوان درست یا نادرست است. تشخیص: در نهایت، شرکت کنندگان در یک آزمایش تشخیص شرکت کردند، که در آن موقعیت شی را از میان سه موقعیت بالقوه انتخاب کردند. این آزمایش ما را قادر به قرار دادن نتایج در زمینه دیدگاه های سنتی دوبخشی حافظه می سازد. متغیر وابسته تعداد موقعیت های انتخاب شده صحیح بود.

2.3. تصویر برداری رزونانس مغناطیسی
زیرمجموعه ای از 77 شرکت کننده راست دست به عنوان بخشی از سایر مطالعات در آزمایشگاه ما، تحت MRI قرار گرفتند (26 HYC، 20 HOC، 31 MCI). تمام اسکن ها با استفاده از یک اسکنر MRI زیمنس با یک سیم پیچ 12 کاناله انجام شدند. تصاویر آناتومیک با وضوح بالا با استفاده از توالی اکو گرادیانت جذب سریع مغناطیس سه بعدی (MPRAGE) (TR2300 ms ، TE 3.9 ms) با برش های سهمی 176، 1 میلی متر ضخامت (FOV 256 mm ، وضوح صفحه 1 x1 میلی متر، ماتریس صفحه 256x 256). یک تکنسین ارشد MR داده ها را به صورت بصری بررسی کرد، و اسکن های زیر بهینه در زمان دستیابی برای اطمینان از داده های قابل استفاده تکرار (و جایگزین) شدند.

2.3.1. تجزیه و تحلیل های حجمی
مجموعه داده های آناتومیک با استفاده از Free-Surfer 5.3.0
(http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/) و روش اتوماتیک برای معیارهای حجمی توصیف شده در مطالعه فیش و همکاران پردازش و تجزیه و تحلیل شدند. زمینه های هیپوکامپ با استفاده از مدل هایی مانند مدل های توصیف شده توسط ون لیمپوت و همکاران تقسیم بندی شدند. تمام تصادیر به صورت دستی بررسی شدند و در صورت نیاز با استفاده از FSL برای تصحیح زمینه ای بیش تر (توسط) اصلاح شدند، در زمان دسترسی با یک T1 آناتومیک دوم میانگین آن ها گرفته شد و سپس با استفاده از Freesurfer مجددا پردازش شدند. تمام حجم های مغز به حجم داخل جمجمه ای کل هنجار شدند و به عنوان درصد حجم داخل جمجه ای نشان داده شدند (%ICV).

2.4. تجزیه و تحلیل های آماری
تجزیه و تحلیل ها با استفاده از نرم افزار SPSS 22 انجام شدند. در صورتی که ، نتایج مقایسه داده های جمعیت شناختی و OLTT قابل توجه در نظر گرفته می شدند (دو دنباله). داده های مرحله کالیبراسیون از یک HYC و داده های یادآوری آزاد از یک بیمار مبتلا به MCI نمی توانستند بازیابی شوند، که این منجر به یک درجه آزادی کم تر در آن تضاد های خاص شد. تجزیه و تحلیل واریانس نشان داد که هیچ اثر جنسیتی قابل توجهی بر معیارهای OLTT در کل نمونه (همه ) یا هر گروه ( ) وجود ندارد، که در نظر گرفتن مردان و زنان باهم در تجزیه و تحلیل های بین گروهی اولیه را توجیه می کند. با استفاده از تجزیه و تحلیل واریانس یک طرفه، نسخه آزمون بر معیارهای نتیجه در کل نمونه هیچ تاثیری نداشت ( کالیبراسیون ، یادآوری آزاد ؛ یادآوری نشانه دار ؛ تشخیص ). با این حال، HYC نسخه A (n=22) را بیش تر از نسخه B (n=3) یا C (n=11) کامل کردند، در حالی که توزیع حتی در گروه های و MCI بیش تر بود. بنابراین، نسخه آزمون برای تجزیه و تحلیل های بعدی به طور همزمان تغییر یافت. تضاد های برنامه ریزی شده برای بررسی سن (HYC و HOC) و اثرات بیماری (HOC و MCI) مورد استفاده قرار گرفتند. تضاد HYC و MCI ارزیابی نشد، زیرا منعکس کننده هر دو عامل بود (یعنی سن و بیماری).
به منظور ارزیابی روابط مغز- رفتار مرتبط با هدف دوم، همبستگی های جزئی بین هر فاز OLTT و حجم قشر انتورهینال ، پاراهیپوکامپ، چین سینوسی مغز و هیپوکامپ به طور جداگانه برای نیمکره چپ و راست انجام شدند. متغیر ها شامل نسخه OLTT ، سن ، و جنسیت بودند، که از این میان، دو مورد آخر می توانند حجم مغز را تحت تاثیر قرار دهند. به منظور ارائه یک ماتریس بدون جهت گیری (مبتنی بر داده) از روابط، تجزیه و تحلیل های اکتشافی انجام شدند که شامل زمینه های فرعی هیپوکامپ و تمام نواحی مغز بودند که FreeSurfer نشان می دهد. عملکرد مربوط به زیر مجموعه های حافظه RBANS در این تجزیه و تحلیل های اکتشافی به عنوان نقاط مرجع پذیرفته شده در نظر گرفته شد. ما این روابط مغز – رفتار برای مقایسه های متعدد را با استفاده از نرخ کشف اشتباه اصلاح کردیم، زیرا این روش هر دو نوع خطای نوع 1 و 2 را به حداقل می رساند.

3. نتایج
3.1. ویژگی های گروه
گروه های کنترل فقط از نظر سن متفاوت بودند. در حالی که گروه های HOC و MCI از نظر جمعیت شناختی قابل مقایسه بودند، بیماران مبتلا به MCI در رابطه با شاخص های حافظه تاخیر دار و فوری RBANS عملکرد بسیار بدتری داشتند. هر چند بیماران مبتلا به MCI نیز نسبت به HOC در رابطه با شاخص های تمرکز (به دلیل عملکرد ضعیف در زیرمجموعه رمز گذاری) و زبان (به دلیل کاهش سلاست معنایی) عملکرد بسیار بدتری داشتند، میانگین گروه همچنان در حدود 1 SD میانگین قرار داشت (در محدوده نرمال). بیماران مبتلا به MCI نیز گروه های کم تری را تکمیل کردند و در طور نسخه اموری آزمون مرتب سازی کارت ویسکانسین نسبت به HOC خطاهای بیش تری داشتند. بنابراین، الگوی اختلال نوروفیزیولوژیگی در گروه MCI با الگوی اختلال افرادی که در معرض خطر ابتلا به زوال عقل هستند، سازگاری دارد، به خصوص به دلیل AD (جدول 1).

3.2. عملکرد OLTT
مرحله کالیبراسیون: بین HYC و HOC در طول مرحله کالیبراسیون هیچ تفاوت معنی داری وجود نداشت . با این حال، بیماران مبتلا به MCI نسبت به HOC به طور قابل توجهی کم تر ضعیف بودند ، که با استفاده از دقت کالیبراسیون به عنوان یک متغیر اضافی در تجزیه و تحلیل های آزاد و نشانه دار با این گروه های مسن تر قابل توجیه است (شکل 2).

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

2. پایه ی سلولی تمایز جنسی
در حالیکه قرار گرفتن در معرض هورمون تستوسترون در بارداری ، پریفرال را تمایز میدهد، اوج تستوسترون نوزادان بسیار نزدیک به تمایز جنسی مغز و رفتار در جوندگان است. در اصل استروژن غده ی جنسی میتواند تمایز جنسیتی را توسط تغییر دادن هر کدام از اتفاقات بزرگ تکامل عصبی، موجب شود: نوروژنزیز، مهاجرت، تمایز فنوتیپ ها یا مرگ سلولی. اگر چه، اکثریت نوروژنز ها و مهاجرت سلولی قبل از تولد کامل میشود که احتمال این که هورمون ها در این فرآیند تمایز مغز عمل کنند راکاهش میدهد.
یک استثنا این است که بسیاری از عصب های هیپوکامپل پس از زایمان تولید میشوند و موضهای صحرایی نر تازه متولد شده دو برابر نرخ بالای تولد سلول در هیپوکامپل را نسبت به ماده ها دارند. نرخ ایجاد سلول هیپوکامپل در ماده ها میتواند توسط تیمار نوزادان با تستوسترون یا استرادیول در منطقه ی CA1 به سطح نرها افزایش پیدا کند و بسیاری از سلولهای تازه متولد شده به عصب تمایز بیابند، اگر چه، تمایزات جنسی در اندازه ی هیپوکامپوس در بزرگسالان نامحسوس است بنابراین تمایز جنسی در تولید سلول جدید ممکن است توسط تمایزات در نقص سلول در نقطه ی یکسانی در تکامل منحرف شود.
مدارک نقش مهاجرت در تمایز جنسیتی مغز از مطالعاتی می آید که میکروسکوپ فلورسنتی موجود زنده را برای مطالعه ی حرکات سلول در کشت مغز جنین استفاده میکنند. به عنوان مثال، نورون ها در منطقه ی preoptic / هیپوتالاموش قدامی (POA/AH) ماده موش 14 سریعتر و فراوانتر از نرها حرکت میکند. مدیریت استروژن ، میزان حرکت سلول های POA/AH را کاهش میدهد در حالیکه افزایش حرکت سلولها بیشتر در سمت شکمی محل یابی شده است. یک تفاوت جنسیتی در محل یابی نورون هایی که استروژن گیرنده ی بتا (ERb) را در (AVPV) هیپوتالاموس موش صحرایی بیان میکنند با این سلول هایی که در ماده بیشتر از نرها محل یابی شدند وجود دارد. این تفاوت جنسیتی با حذف غدهی جنسی نرها و تیمار ماده ها با استرادیول در مغز معکوس میشود که وابستگی غده ی جنسی نوزادان در معرض استروئید قرار گرفته را تایید میکند.
اگرچه ، این مثال آخر معمای جالبی رو به وجود میآورد تفاوت جنسیتی در موقعیت سلول ERb ممکن است به دلیل تفاوت در مهاجرت سلول باشد. اما چنین تفاوت جنسیتی ممکن است همچنین به خاطر مرگ سلولی باشد (بخش 2.1) یا تمایز فنوتیپ (بخش 2.3) اگر به عنوان مثال، در آینده دور سلول ها در ماده ها بمیرند یا بیان ERb در نرها را القا کنند. تشخیص بین این احتمالات سرراست نیست و تا کنون تفاوت جنسیتی در مغز بزرگسالان وجود نداشت که به طور قطع با تمایز مهاجرت سلولی ارتباط داشته باشد.
2.1. عملکرد مرگ سلولی
تکامل عصب در همه مهره داران همراه با مرگ سلولی گسترده است. در پستانداران ، بسیاری از عصب ها در ساعات اولیه بعد از تولدشان حذف می شوند در حالیکه هنوز در منطقه ی پرولیفراتیو proliferative نزدیک بخش شکمی هستند، و موج دوم، معروف به ” مرگ سلولی Postmitotic” هستند که حدود 50 % عصب هایی که مهاجرت کردند و شروع به ساختن ارتباط آکسونی کردند را حذف میکند. مرگ سلولی Postmitotic توسط اعضایی از پروتئین های خانواده ی Bcl-2 و زمانی که با دوره بحرانی برای تمایز جنسیتی در جوندگان همپوشانی دارد، کنترل می شود. بر خلاف آن مدارک محدود نوروژنز یا مهاجرت، تعدادی از مطالعات ، عملکردی برای کنترل هورمونی مرگ سلولی در تکامل تفاوت های جنسیتی عصب را حمایت میکنند.
در تعدادی از بهترین مطالعات تفاوت جنسیتی نورون، نرها دارای عصب های بیشتر از ماده هستند: شامل هسته نخاعی bulbocavernosus (SNB) ، هسته های مسئول bed nucleus انتهای خط (BNSTp) و هسته های جنسی دوشکلی منطقه ی preoptic هیپوتالاموس (SDN-POA) هستند. اگر چه، عمدتا بر موش صحرایی و موش مطالعه شده است، هر کدام از این گروه ها هسته های هومولوگ دارند (با تفاوت های جنسیتی مشابه نر) در سایر پستانداران شامل انسان ها و برای گونه ای که استثنا بیان شده Holmes et al., 2009 را ببینید.
نوزدان و پیش نوزادان موش صحرایی و موش از هر دو جنس تعداد مشابهی از سلولها در SNB، BNSTp و SDN-POA دارند، اما ماده ها سلول های مرده بیشتری حتی در نزدیک زمان تولد (SNB) یا در پایان هفته ی پس از زایمان (BNSTp,SDN-POA) postnatal نسبت به نرها دارند. در موشهایی که پروتئین موجب بقا Bcl-2 بیش از حد بیان شده، یا در آنهایی که BOX ژن مرگ حذف شده، تفاوت های جنسیتی در SNB و BNSTp کم یا حذف میشوند. موش های نوزاد ماده همچنین Bcl-2 را کاهش میدهند و بیان BOX در SDN-POA را در مقایسه با نرها افزایش میدهند و تیمار استرادیول ماده ها در 5 روز بعد از تولد این تفاوت ها در بیان را جلوگیری میکند.
تفاوت های جنسیتی در SNB، BNSTp و SDN-POA میتواند با تیمار موش های صحرایی یا موش ماده با تستوسترون در حول و حوش زمان تولد، با متابولیت های اندروژن تستوسترون که برای مردانگی SNB لازم هستند و متابولیت های استروژن برای BNSTp و SDN-POA حذف شوند. بنابراین، سرکوب هورمونی مرگ سلول توسط متابولیت های استروژنی و اندروژنی تستوسترون زمینه ی مردانگی همه تعداد سلول های SNB ، BNSTp و SDN-POA است.

1.1. محل فعالیت هورمون
اگرچه، تستوسترون و متابولیت های آن تعداد سلول ها در SNB ، BNSTp و SDN-POA را کنترل میکنند، به طور مستقیم بر روی این گروه از سلول ها عمل نمیکنند. به عنوان مثال سلول های SNBسطوح بالای گیرنده های اندروژن را تا بعد از دوره نوزادی وقتی که هورمون ها بقا را کنترل میکنند،‌ بیان نمی کنند و اندروژن میتواند سلول های SNB را رها کند که خودشان هرگز گیرنده های عملکردی اندروژن را بیان نمیکنند. SNB نورون های حرکتی مربوط به عضلات مخطط که با فالوس در ارتباطند را پی میدهد و این عضلات گیرنده های اندروژن پری ناتال را بیان میکنند. این و سایر مدارک منجر به این پیشنهاد میشوند که اندروژن در عضلات با عواملی که بقای سلول SNB را افزایش میدهد، عمل میکند.

مقاله انگلیسی رایگان

ترجمه فارسی رایگان 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

پژوهش حاضر عملكردهاي ناحيه جلو مغز و هیپوکامپ را در یک نمونه متشكل از 28 نفر از افراد مبتلا به سندرم داون (DS) در محدوده‌ي سني مدرسه (باميانگين M) = 14.7) ساله، و انحراف معيار(SD )= 2.7) در مقایسه با 28 كودك درحال رشد (M = 4.9 سال، SD = 0.75) در محدوده‌ي سن عقلی (MA) به صورت جداگانه بررسي نموده است. هر دو حوزه نوروفیزیولوژیک با اقدامات متعدد رفتاری مورد آزمایش قرار گرفتند. مقياس‌هاي ارزيابي مقايسه‌اي عملکرد کلامی و فضایی نشان می دهد که این نمونه مبتلا به DS شبیه به نمونه‌هاي ديگر در تحقيقات گذشته بوده است.
یافته اصلی پژوهش اثر متقابل معنادار در دامنه گروه X بود كه اختلال افتراقي هیپوکامپ را در گروه مبتلا به DS نشان می‌داد. با این حال، يك همبستگی متوسط سهمي (r = 0.54، عامل کنترل سن تقویمی) بين نمرات هم در ناحيه جلو مغز و هم در ناحيه هیپوکامپ در گروه مبتلا به DS وجود دارد، و هر دو واریانس منحصر به فردي برای پیش بینی گروه MA و رفتار انطباقی در آن گروه ارائه مي‌دهند.
در مجموع، این نتایج ضعف خاصی در عملکرد هیپوکامپ در افراد مبتلا به DS در زمینه اختلال عملکرد شناختی کلی نشان می‌دهد. جالب است که این نتایج مشابه نتايج به دست آمده در مدل موش‌هاي مبتلا به DS است. چنین مدلي درک مکانیسم‌هاي عصبي را که منجر به اختلال در عملکرد هیپوکامپ در افراد مبتلا به DS مي‌شود، آسان‌تر مي‌سازد.
اگرچه سندرم داون (DS) که هم “قدیمی ترین” و هم رایج ترین سندرم ژنتیکی عقب ماندگی ذهنی (MR) است، ما در مورد روانشناسي عصبي آن نسبت به ساير سندرم‌هاي MR ، مانند سندرم X شکننده (FXS) یا سندرم ویلیامز (WS) آگاهي كمتري داريم. . اهداف پژوهش حاضر عبارتند از: (الف) تعریف بهتر فنوتیپ نوروفیزیولوژیک در افراد مبتلا به DS با بررسي عملکرد ناحيه جلو مغز و هیپوکامپ، و بررسي اختلال پتانسیلي که از آن مي‌توان آنچه در مورد ساختار مغز در افراد مبتلا به DS مشخص است، حدس زد. (ب) بررسي اینکه آیا این فنوتیپ به تناسب سن متفاوت است يا خير.
درک تكامل فنوتیپ‌هاي عصبی روانی در سندرم MR دارای پیامدهای مهمی برای نظریه های تكامل شناختی است، زیرا بايد یک نظریه مؤثر باید برای تكامل معمولی و غیرمعمولی در نظر گرفته شود. از این رو، الگوی تكامل در سندرم MR آزمون‌های مهم فراگيري از پیش‌بینی‌های ساخته شده توسط چنين نظرياتي فراهم می کند، مانند پیش بینی در مورد توالی تكامل و نقش مراحل مختلف شناخت هم در تكامل روانی و و هم تفاوت‌های فردی در هوش. در این پژوهش، ما با دو فرایند شناختی مواجه هستيم، عملكردهاي مياني اجرایی ناحيه جلوي مغزو حافظه بلند مدت ناحيه هيپوكامپ، که به احتمال زیاد برای درک تكامل MR، هم در افراد مبتلا به DS به طور خاص و به طور کلی در مبتلايان به سندرم MR اهميت دارد. سندرم DS برای اولین بار توسط داون (1866) و بیش از یک قرن پیش توصیف شده است، و اساس ژنتیکی آن –يك کروموزوم اضافی – غالباً 21-، حدود 40 سال پیش کشف شد.
سندرم DS به نسبت 1 در 600 موجود زنده رخ مي‌دهد و عامل حدود 40٪ از موارد MR متوسط و یا حتی بدتر در كل جمعیت مي‌شود. در ادامه، ما آنچه در مورد ژنتیک، تكامل مغز، و عصب رواني در DS برای ایجاد انگیزه در پژوهش حاضر شناخته شده است،‌بررسي مي‌نماييم.
ژنتیک DS
اغلب موارد ابتلا به DS (حدود 94٪) ريشه خانوادگي ندارد. در عوض، یک پدر و مادر با تعداد کروموزوم نرمال، يك فرزند با يك نسخه اضافی از کروموزوم 21 (تریزومی 21) از طریق فرآیندي به نام جدا نشدن کروموزوم بوجود مي آورند ، که به معناي شکست یکی از کروموزوم‌های جفت شده برای جدا شدن در میوز. جدا نشدن کروموزوم به احتمال زیاد در مادران، به خصوص پیرترها، نسبت به پدر صورت مي‌گيرد، چرا که همه‌ي تخم‌هاي مادر قبل از تولد در شکل نابالغ حاضر مي‌شوند. در مقابل، اسپرم‌های جدید به طور مداوم در پدران در طول عمر باروری آن‌ها تولید می‌شود.ساير احتمالات كم ابتلا به DS ريشه خانوادگی دارد و هر يك از جايگزيني‌هاي قسمت اضافی بازوی بلند كروموزوم 21 با کروموزوم ديگر یا موزاییسم را منعکس مي‌كند.

بخشی از مقاله انگلیسی:

This study tested prefrontal and hippocampal functions in a sample of 28 school-aged (M = 14.7 years, SD = 2.7) individuals with Down syndrome (DS) compared with 28 (M = 4.9 years, SD = .75) typically developing children individually matched on mental age (MA). Both neuropsychological domains were tested with multiple behavioral measures. Benchmark measures of verbal and spatial function demonstrated that this DS sample was similar to others in the literature. The main finding was a significant Group x Domain interaction effect indicating differential hippocampal dysfunction in the group with DS. However, there was a moderate partial correlation (r = .54, controlling for chronological age) between hippocampal and prefrontal composite scores in the DS group, and both composites contributed unique variance to the prediction of MA and adaptive behavior in that group. In sum, these results indicate a particular weakness in hippocampal functions in DS in the context of overall cognitive dysfunction. It is interesting that these results are similar to what has been found in a mouse model of DS. Such a model will make it easier to understand the neurobiological mechanisms that lead to the development of hippocampal dysfunction in DS.

Although Down syndrome (DS) is both the “oldest” and most common genetic mental retardation (MR) syndrome, we know less about its neuropsychology than that of other MR syndromes, such as Fragile X syndrome (FXS) or Williams syndrome (WS). The goals of the present study were: (a) to better define the neuropsychological phenotype in DS by testing both prefrontal and hippocampal functions, potential dysfunction of which is suggested by what is known about brain structure in DS; and (b) to test whether this phenotype varies by age. Understanding the development of the neuropsychological phenotypes in MR syndromes has important implications for theories of cognitive development, because an adequate theory should account for both typical and atypical development. Hence, the pattern of development in MR syndromes provides important tests of the universality of the predictions made by such theories, such as predictions about developmental sequences and the role of various cognitive processes in both developmental and individual differences in intelligence (see discussion in Pennington, 2002). In this study, we focused on two cognitive processes, prefrontally mediated executive functions and hippocampally mediated long-term memory, that are likely to be important for understanding the development of MR, both in DS specifically and in MR syndromes generally. DS was first described by Down (1866) well over a century ago, and its genetic basis-an extra chromosome 21-was discovered about 40 years ago (LeJeune, Gautier, & Turpin, 1959). DS occurs in 1 in 600 live births and accounts for close to 40% of cases of moderate or worse MR found in the general population. In what follows, we review what is known about genetics, brain development, and neuropsychology in DS to motivate the present study.

Genetics of DS

Most (about 94%) cases of DS are not familial. Instead, a parent with a normal chromosome number produces an offspring with an extra copy of chromosome 21 (trisomy 21) through a process called nondisjunction, which is failure of one of the paired chromosomes to separate in meiosis. Nondisjunction is more likely in mothers, especially older ones, than in fathers, because all of a mother’s eggs are present in an immature form before her birth. In contrast, new sperm are continually being produced by fathers across their reproductive lifespan. The small remainder of cases of DS are familial and reflect either translocation of an extra piece of the long arm of 21 to another chromosome or mosaicism.

مقاله انگلیسی رایگان

ترجمه فارسی رایگان 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

خلاصه: الگوهای پیش زمینه یا در حال انجام در فعالیت های داخل بدن، حتی در غیاب هر گونه محرک خارجی، کاملا نامنظم هستند و هیچ ساختار یا تکراری در توالی شلیک نورونی دیده نمی شود. در نتیجه، الگوی شلیک مداوم یک نورون اغلب به صورت نویزهای تورونی در نظر گرفته می شود که به صورات سنتی به صورت یک فرایند نقطه ای تصادفی مدل شده است، یعنی، روند جدید خالی از هر گونه ارتباطی میان بازه-سنبله درونی متوالی (ISI) است. اما یک دیدگاه جایگزین تازه در حال ظهور است که فعالیت مداوم ممکن است الگویی منسجم زمانی-فضایی نشان دهد، که این یک ویژگی فرایند های فرکتال با ارتباط دوربرد است. در اینجا، ما ماهیت نوسانات نامنظم الگوی شلیک نورونی مداوم نورون های واقع در هیپوکامپ انسان را با استفاده از روش های زیر بررسی کردیم: i) تجزیه و تحلیل نوسانات detrended (DFA)، ii) انتروپی چند مقیاسی
و iii) همگرایی آماری آنالیز لحظه (CMA). فعالیت نورونی در غیاب هر گونه وظیفه شناختی صریحی ثبت شد، در حالیکه افراد بیدار بودند. هردو آنالیز DFA و MSE به وضوح نشان دادند که الگوی شلیک مداوم به خوبی توسط فرایند تجدیدی به خوبی توصیف نشده است، بلکه آنها رابطه های قانون های توانی محدوده گسترده ای را نشان می دهند که نشانگر اثرات حافظه مداوم است که ممکن است از فرایند فرکتال ناشی شود. علاوه بر این، این نورون ها همگرایی کندی را از لحظه های آماری نشان داده اند. چنین رابطه های دوربردی توسط توالی های کنترلی آماری تایید شده است. نورون هایی که روابط دوربرد شان می دهند نیز روابط کم اهمیتی را به لحاظ آماری با دیگر نورون های همسایه نشان می دهند. ما پیشنهاد می کنیم که این نوع از روابط زمانی-فضایی می توانند برای بهینه سازی انتقال اطلاعات و نگه داری در سیناپس های هیپوکامپ به کار روند. حض.ر همبستگی در الگوی مداوم نیز اثر والی پیش تحریک شده را بر شکل گیری پاسخ های پس از محرک را نشان می دهد. علاوه بر این، این یافته ها برای بهینه سازی روش های مدل سازی عصبی به کار می روند.
مقدمه:
فعالیت الکتریکی خود به خودی، فعالیت نورونی که در غیاب محرک‌های خارجی آشکار مشاهده‌شده است، یک ویژگی برجسته از فعالیت الکتریک سیستم عصبی مرکزی است. چنین فعالیت مداوم و یا پیش زمینه‌ای که از سطح میکروسکوپی یافت شده است، در قالب پتانسیل عمل یک نورون تکی ثبت‌شده است و تا سطح ماکروسکوپی در قالب نوسانات قشر جهانی ثبت شده است. ویژگی بنیادی فعالیت خودبه‌خودی نوسانات بسیار نامنظم آن است، یعنی‌ فقدان تکرار. فعالیت خود به خودی معمولاً تنها به‌عنوان “نویز” سیستم عصبی که هیچ اطلاعات معنی‌داری را حمل نمی‌کنند، در نظر گرفته می‌شوند. نتیجه واضحِ این فرض این است که پاسخ پس از تحریک با پاسخ مداوم یا پیشت هریک شده ارتباطی‌ ندارد. درحالی‌که آنالیز داده واحد تکی‌ ( یعنی‌ نورون)، نرخ شلیک میانگین پیشنهاد شده است تا محرک‌های مناسب وابسته به اطلاعات را داشته باشد درحالی‌که وابستگی زمانی‌ بین پتانسیل عملکرد متولی‌ (یعنی‌ اسپایس( خوشه‌ها)) کاملاً ندیده گرفته می‌شود. در این چارچوب، توالی بازه خوشه درونی (ISI) یک نورون تکیه درون بدن از لحاظ نزاری به عنوان درکی از فرایند پواسون نقطه‌ای همگن (HPP) در نظر گرفته می‌شود. یعنی‌ فرایند تجدیدی (RP). HPP بدون حافظه است.
وقوع یک بسپایک در هر زمانt1 مستقل از حضور یا غیاب اسپایک‌ها در زمان‌های دیگر t=/ t1است. ازینرو، هر دو بازه‌های بسپایک و اسپایک‌های شمارشی توالی مستقل، و توزیع یکنواختِ متغیر‌های تصادفی را شکل می‌دهند:رابطهٔ قابل ملاحظه‌ای در زنجیره بسپایک وجود ندارد که توسط فرایند HPP تولید شده باشد. و فرایند فاصلهٔ HPP کاملاً توسط تابع توزیع بازه خوشه میانی که یک اندازه‌گیری استاتیکی است، توصیف شده است.
در مقابل این فرضیات یافته‌های اخیر، نشان می‌دهند که رابطه طولانی مدتی‌ بین ISI‌‌ها وجود دارد. این رابطهٔ دوربرد نشان دهندهٔ یک فرایند نقطه‌ی فراکتال است که از لحاظ امری خود مشابه یا مقیاس مشابه است. برای یک فرایند تجدیدی، بازه مرتبه بالاتر و توزیع‌های شمارشی می‌توانند تنها با دانستن توزیع ISI مرتبه اول محاسبه شوند، اما برای فرایند فراکتال، روابط و اثرت حفظ در توالی ISI نمی‌تواند توسط توزیع مرتبه اول ISI توضیح داده شود. با این حل، ازآنجایی که نشان داده است که سیگنال‌های مشخص ممکن است به عنوان یک رابطه دوربرد بر اساس یک روش به نظر برسد اما نه الزاماً بر اساس روس دیگر تشخیص رابطهٔ دوربرد در توالی ISI با تعداد محدود خوشه‌ها یک کار بی‌ اهمیت است. در مطلع حاضر، ما تغیرات فعالیت خودبه خودی نورون تکی‌ ثبت شده درون بدن هیپوکامپ انسانی‌ را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادیم. هدف نهایی ما بررسی فرایند، فرایند تجدیدی یا فرایند فراکتال گونه ، خصوصیت بهتر نوسانات الگو ISI است. روش‌های بهتری به تصویب رسید. ما مشاهده کردیم که اکثریت نورون‌ها رابطه قانون توانی‌ دوربردی را در الگوی شلیک خود نشان می‌دهند و چنین رابطه‌های دوربردی سیگنال‌های قوی‌ای از فرایند‌های فراکتال گونه حکم بر دینامیک نورونی هستند.

بخشی از مقاله انگلیسی:

Summary

The patterns of background or ongoing in vivo activity, even in the absence of any external stimulus, are quite irregular showing no clear structure or repetitiveness in the neuronal firing sequences. Consequently, the ongoing firing pattern of a neuron is mostly considered as a neuronal noise which is traditionally modeled as a stochastic Point process, i.e., renewal process which is devoid of any correlation between successive inter-spike-interval (ISI). But a recently emerging alternative view is that the ongoing activity may possess sptaio-temporally coherent patterns, a feature of fractal process with long-range correlation. Here, we investigated the nature of irregular fluctuations of ongoing neuronal firing pattern of neurons located in human hippocampus by the following methods: (i) detrended fluctuation analysis (DFA) , (ii) multiscale entropy (MSE) analysis, and (iii) convergence of the statistical moment analysis (CMA). Neuronal activity was recorded in the absence of any explicit cognitive task while the subjects were awake. Both the DFA and MSE analysis clearly show that the ongoing firing patterns are not well described by a renewal process, rather they show long-range power-law correlations, representing ongoing memory effects, which possibly arises from a fractal process. Further, these neurons showed slow convergence of statistical moments. Such long-range correlations are also corroborated by statistical control sequences. Neurons which exhibit long-range correlations also exhibit statistically nonsignificant correlations with other neighboring neurons. The presence of long-range correlations is a characteristic of fractal-like dynamics, representing memory or history in the firing patterns. We propose that this type of spatio-temporal correlations may be used to optimize information transfer and storage at hippocampal synapses. The presence of correlation in the ongoing pattern also suggests the influence of pre-stimulus sequence on shaping the post-stimulus responses. Further, these findings call for the modification of the existing neural modeling approaches.

1 Introduction

Spontaneous electrical activity, the neuronal activity which is observed in the absence of obvious external stimuli, is a prominent characteristic of the electrical activity of the central nervous system. Such ongoing or background activity is found from the microscopic level, recorded in the form of action potentials of a single neuron, to the macroscopic level, recorded in the form of global cortical oscillations. The principal feature of spontaneous activity is its extremely irregular fluctuations, i.e. lack of repetitiveness. The spontaneous activity is traditionally assumed as merely ‘noise’ in the nervous system which does not carry any meaningful information [1,2]. The obvious consequence of this assumption is that the post-stimulus response is uncorrelated to the pre-stimulus or ongoing responses. While analyzing single unit (i.e. neuron) data, the mean firing rate is proposed to possess the relevant stimulus-related information, while the temporal dependencies between successive action potentials (i.e. spikes) are completely ignored. In this framework, the inter-spike-interval (ISI) sequence of a single in vivo neuron is theoretically considered as a realization of a homogenous Poisson point process (HPP), i.e. renewal process (RP) [3]. The HPP is memoryless: the occurrence of a spike at any time t1 is independent of the presence or absence of spikes at other times tzt1. Hence, both the spike intervals and the spike counts form the sequences of independent, identically distributed random variables: there is no significant correlation present in the spike train generated by a HPP process, and the HPP interval process is completely described by the inter-spike-interval distribution function, which is a static measure. Contrary to this assumption, recent findings [4-9] show that there are long-term correlations among ISIs. This long-range correlation is indicative of a fractal point process, which is statistically self-similar or scale-invariant. For a renewal process, higher-order interval and count distributions can be computed knowing only the first-order ISI distribution, but for fractal process, correlations and memory effects in the ISI sequence cannot be explained by the first-order ISI distribution. However, detection of the long-range correlation in ISI sequence with finite number of spikes is not a trivial task since it is shown [10-11] that certain signals may appear as a longrange correlated process according to one method but not necessarily according to another method. Thus, instead of emphasizing the results of one method, we recommend to perform multiple and complementary tests of correlation and compare the results to exclude the spurious findings of long-range correlation. In this current study, we analyze the variability of spontaneous activity of in vivo single neuron recorded from human hippocampus. Our main aim is to investigate which process, renewal process or a fractal like process, better characterizes the fluctuations of the ISI patterns? A battery of methods was adopted. We observed that majority of the neurons showed long-range power-law correlations in their firing patterns and these neurons presented statistically significant inter-neuronal correlations. The presence of such long-range correlations is a strong signature of the fractal like process governing the neuronal dynamics.